В середине декабря 2022 г. ко мне обратился Заказчик по вопросу расчётов экономики газопоршневой электростанции с целью определения целесообразности её строительства. Давайте посмотрим, что из этого получилось с учётом того, что как раз в это время официальные поставки в Россию новых европейских ГПУ стали невозможными из-за очередного пакета санкций.
1. Постановка задачи
Производственное предприятие с круглосуточным производственным циклом находится в Среднем Поволжье. В настоящее время электроснабжение осуществляется от собственной ПС 35/6 кВ. Пиковая электрическая нагрузка около 3 МВт. Производственный процесс связан с выделением большого объёма тепла, поэтому котельная на объекте небольшая (1,5 МВт). Целью создания собственной электрогенерации является снижение затрат на энергоснабжение объекта. При этом электроэнергия по нынешним временам относительно недорогая - 5,89 руб./кВт*ч с НДС, а газ "как у всех" - 7562 руб./1000 куб.м с НДС (данные за ноябрь 2022 г.).
Изначально главный энергетик ориентировался на три ГПУ Jenbacher JMS320 по 1067 кВт в контейнерном исполнении. При этом предполагался изолированный (островной) режим работы. Распределение электроэнергии по объекту планировалось осуществлять через существующее РУ 6 кВ в ПС 35/6 кВ (при этом, естественно, отключались оба ввода от сети). Соответственно, напряжение генератора газопоршневого электроагрегата должно быть 6,3 кВ. Утилизированное тепло предполагается отдавать в котельную. Поэтому ГПЭС должна размещаться рядом с котельной, что очень удобно, так как рядом находится и газопровод. Однако кабельная линия от электростанции до ПС35/6 кВ в этом случае получается довольно протяжённая - около 500 м. Но с учётом напряжения генератора 6,3 кВ такое расстояние не является особой проблемой.
Необходимо определить экономический эффект от строительства собственной электростанции.
2. Исходные данные
Ключевым для расчёта экономики электрогенерации на базе газопоршневых установок является фактический профиль электрической нагрузки (почасовки) за последний год. Поэтому я запросил у Заказчика следующие исходные данные по его объекту:
1) Почасовки (профиль мощности), желательно за год (например, с 1 декабря 2021 по 30 ноября 2022).
Обычно эти данные можно получить у энергосбытовой компании. Данные нужны в форме таблиц Excel. Если на объекте используются несколько приборов учёта электроэнергии (например, в разных ТП или в одной ТП на разных секциях шин), то почасовки желательно получить по всем точкам учёта.
2) Однолинейная электрическая схема объекта с указанием границы балансовой принадлежности.
3) Ситуационный план объекта.
Можно нарисовать от руки или использовать спутниковый снимок в Конструкторе карт Яндекса. Необходимо отобразить:
- существующие РП и ТП (распределительные подстанции и трансформаторные подстанции) с указанием их номеров;
- существующую котельную;
- предполагаемое место размещения энергоцентра.
Должны быть отражены примерные расстояния между основными объектами.
4) Текущие тарифы на электроэнергию и газ (без НДС).
Оптимальный вариант - представить счёт-фактуры за последние 3 месяца.
5) Ожидаемый прирост электрической нагрузки в ближайшие несколько лет
В рассматриваемом случае данная информация была предоставлена мне Заказчиком довольно оперативно, и я немедленно после её получения приступил к расчётам.
3. Графики нагрузки
Прежде всего мной была проанализирована однолинейная электрическая схема объекта, после чего основе имеющихся почасовок построены графики электрической нагрузки за период с 01 декабря 2022 г. по 30 ноября 2022 г.
График 1. Осреднённая за год суточная электрическая нагрузка, кВт
Здесь мы видим, что в течение суток электрическая нагрузка на объекте меняется незначительно. Это связано с тем, что производственный процесс является непрерывным и предприятие постоянно работает в три смены. Это очень хорошо с точки зрения сокращения срока окупаемости газопоршневой электростанции.
График 2. Среднесуточная электрическая нагрузка в течение года, кВт
Данный график демонстрирует резко выраженный пилообразный характер среднесуточной нагрузки, обусловленный особенностями технологического процесса на предприятии. Единственный непроизводственный провал нагрузки вызван почти полной остановкой какой-либо деятельности на объекте в период новогодних праздников.
График 3. Относительная повторяемость электрических нагрузок в течение года, %
Из данного графика следует, что основные нагрузки на предприятии приходятся на диапазон от 1000 до 2500 кВт с ярко выраженным максимумом на 1500 - 2000 кВт.
График 4. Накопленная относительная повторяемость нагрузок в течение года, %
Здесь наглядно видно, что почти 90% времени нагрузки на объекте менее 2500 кВт, а 99% времени - менее 3000 кВт. Таким образом, газопоршневая электростанция с располагаемой мощностью 3 МВт практически полностью закроет все электрические нагрузки на данном предприятии.
Однако это совершенно не означает, что вариант, например, с тремя ГПУ по 1067 кВт является экономически наиболее эффективным в данной конкретной ситуации. Для определения оптимального состава оборудования необходимо провести экономические расчёты по нескольким вариантам оборудования и сравнить полученные результаты между собой.
4. Расчёты экономики
4.1. Базовые предпосылки и ограничения
Все экономические расчёты по газопоршневым установкам выполняются мной исходя из следующего:
1) Электроагрегаты работают в диапазоне нагрузки от 40 до 90% номинальной мощности.
2) Расход газа в зависимости от нагрузки изменяется нелинейно (для каждой модели ГПУ необходимы данные по расходу топлива при 100%, 75% и 50% нагрузке).
3) Теплотворная способность природного газа принимается 9,3 кВт*ч/куб.м или 8000 ккал/куб.м (в последующих расчётах можно внеси поправку на реальную теплотворную способность).
4) Потребление на собственные нужды ГПУ составляет 3% от объёма выработанной электроэнергии.
5) Потери на трансформаторах (при их наличии) составляют 2% от объёма выработанной электроэнергии.
6) В состав затрат на сервис газопоршневых установок включаются:
• антифриз;
• расход моторного масла «на угар»;
• периодическая замена моторного масла;
• запасные части и расходные материалы для всех видов ТО и Р;
• работа сервисных инженеров при проведении ТО и Р (включая командировочные расходы).
7) Все расчёты выполняются в текущих ценах без учёта будущей инфляции.
8) Рассчитывается простой срок окупаемости.
9) В расчётах не учитываются:
• амортизация оборудования в её бухгалтерском понимании;
• цена денег (дисконтирование и приведённая стоимость);
• финансовая нагрузка (платежи по лизингу и кредиту).
4.2. Расчёт основных параметров
Расчёты параметров проводятся для каждого варианта оборудования (количество ГПУ и их мощность), например, для 3 х 1067 кВт (это три Jenbacher JMS320 по 1067 кВт).
Ежечасные показатели в зависимости от загрузки ГПУ
Берётся профиль мощности на объекте за год (почасовки) и для каждого из 8760 значений нагрузки рассчитываются следующие показатели:
1) Количество электроагрегатов, находящихся в работе, в штуках.
2) Нагрузка на каждый электроагрегата в кВт.
3) Загрузка каждого электроагрегата в % (отношение нагрузки к номинальной мощности)
4) Потребление газа в куб.м/ч каждым электроагрегатом в зависимости от его загрузки (рассчитывается методом интерполяции на основании данных по расходу топлива при 100%, 75% и 50% нагрузке).
5) Отбор мощности из внешней сети (при параллельной работе с внешней сетью).
Повторяю, все эти показатели рассчитываются индивидуально для каждого из 8760 значений нагрузки на объекте за год (в високосный год, соответственно, 8784 значений). Это основа корректности всех последующих расчётов экономики проекта. Именно для таких расчётов по 8760 значениям и нужен профиль мощности (почасовки) на объекте за целый год.
Параметры работы электростанции за год
На основе ежечасных показателей рассчитываются параметры работы всей ГПЭС за год:
1) Число часов, когда работает разное количество электроагрегатов (включая число часов полного простоя, когда не работает ни один электроагрегат).
2) Суммарная наработка всех электроагрегатов в часах.
3) Наработка на каждый электроагрегат в часах.
4) Средневзвешенная загрузка каждого ГПЭА в %.
5) Фактическое потребление электроэнергии на объекте в кВт*ч.
6) Выработка электроэнергии всей электростанцией в кВт*ч.
7) Потребление электроэнергии электростанцией на собственные нужды в кВт*ч.
8) Потери электроэнергии на трансформаторах (если они есть) в кВт*ч.
9) Полезный отпуск электроэнергии в кВт*ч.
10) Отбор электроэнергии из внешней сети в кВт*ч (при параллельной работе).
11) Потребление газа всей электростанцией в кубических метрах.
На выходе вся эта информация выглядит следующим образом:
Основные параметры работы ГПЭС за год для варианта 3 х 1067 кВт (на Jenbacher JMS320)
Указанные показатели являются основой для последующего расчёта экономики газопоршневой электростанции. Однако необходимо отметить, что на данном этапе пока ещё не учитываются остановки электроагрегатов на период проведения сервиса.
4.3. Расчётные файлы
Три варианта
В рассматриваемом случае экономические расчёты были выполнены для трёх вариантов ГПУ (файлы можно скачать по соответствующим ссылкам):
1) Jenbacher JMS320 3 х 1067 кВт (параллельно с сетью)
2) Jenbacher JMS320 4 х 1067 кВт (изолированно от сети, 3 ГПУ в работе + 1 ГПУ стоит в резерве)
3) MWM TCG2020V20 1 х 2000 кВт (параллельно с сетью)
При этом Йенбахеры рассматривались Заказчиком изначально, а MWM TCG2020V20 был включён в расчёты дополнительно, так как Заказчику предложили эту машину в контейнере с хранения (без наработки).
Активные поля
В расчётных файлах жёлтым цветом выделены активные поля, в которые Заказчик может подставить любые свои значения. При этом произойдёт автоматический пересчёт всех стоимостных показателей.
а) На вкладке "Параметры"
- курс доллара и евро;
- стоимость одного газопоршневого электроагрегата с НДС (следует брать вариант в контейнере, с генератором на 6,3 кВ и с системой теплоутилизации);
- тарифы на газ электроэнергию с НДС.
б) На вкладке "Персонал"
- количество специалистов по должностям;
- их заработная плата (включая НДФЛ 13%).
в) На вкладке "Экономика"
- ежегодные дефляторы по курсу евро, зарплате персонала, тарифам на газ и электроэнергию.
Замечание по утилизации тепла
Для данного объекта объём полезного использования утилизированного тепла определён на уровне 25% от возможного годового объёма теплоутилизации. То есть утилизируется только половина тепла и только в отопительный период. Для трёх ГПУ, находящихся в работе, в среднем это соответствует тепловой мощности примерно в 1,5 МВт за отопительный период. При этом утилизированное тепло пересчитывается в объём сэкономленного газа в существующей котельной.
4.4. Анализ результатов по трём вариантам
Вариант 3 х 1067 кВт (параллельная работа с внешней сетью)
Газопоршневая установка Jenbacher JMS 320
В этом случае расчёт экономики сделан для трёх ГПУ Jenbacher JMS 320 мощностью по 1067 кВт. Срок окупаемости получился довольно длительным (82 месяца без учёта теплоутилизации и 76 месяцев с учётом утилизации тепла) за счёт следующих факторов:
1) Очень большие капитальные вложения в реализацию проекта
Затраты получились столь существенными (225 млн. руб. с НДС) из-за высокой стоимости ГПУ Jenbacher JMS 320 с высоковольтным генератором в российском контейнере - 850 тыс. EUR с НДС. Именно эту цену мне озвучили у официального дистрибутора Jenbacher в ноябре 2022 г. Напомню, что в начале лета 2021 года 840 тыс. EUR стоила модель JMS620 мощностью 2004 кВт с генератором на 6,3 или 10 кВ. Правда это была цена без НДС, так как тогда действовала официальная безНДСная схема завоза в Россию газопоршневых электростанциймощностью свыше 600 кВт.
Однако основная проблема сейчас заключается в том, что на самом деле никто не понимает, сколько теперь в России будут стоить ГПУ Jenbacher, так как начиная с декабря 2022 г. поставки всех новых американских и европейских ГПУ в Россию прекращены из-за очередных санкция (за исключением маленьких ГПУ MAN мощностью до 530 кВт, которые тянут обходным путём через Турцию). Хотя, возможно, в РФ ещё завезут некоторое количество официальных Йенбахеров по уже заключённым контрактам. Кроме того, возможно, что будет налажена поставка новых машин по обходным путям. Но когда это произойдёт, сохранится ли при этом заводская гарантия, и какие будут цены, сейчас не знает никто.
2) Рост курса евро более чем на 20% из-за девальвации рубля в декабре 2022 г.
Скажем СПАСИБО Набиуллиной Эльвире Сахипзадовне, вновь переназначенной главой ЦБ РФ в апреле 2022 г.
3) Относительно небольшой тариф на электроэнергию
В расчётах использован тариф 5,89 руб./кВт*ч с НДС за ноябрь 2022 г. В 2023 году цена на электроэнергию серьёзно вырастит. Заказчик можете подставить в расчёты любое новое значение тарифа и посмотреть, как это отразится на окупаемости проекта.
4) Неоптимальная загрузка ГПУ
Среднегодовая загрузка ГПЭА составляет 73,4%. Это неплохой показатель, но он меньше оптимальных значений (80-90%). Кроме того, каждая из трёх ГПУ Jenbacher JMS 320 будет работать только 7304 часа в году (без учёта времени на сервис). Это неплохо, но тоже не оптимально, так как простой каждой машины составит 16,6% времени.
5) Электростанция 3 х 1067 кВт требует много персонала
По уму в смене должно быть 2 оператора, итого 8 человек на 4 смены. И над ними должен быть начальник. Суммарные затраты на персонал получаются довольно существенными.
6) Сервис ГПУ Jenbacher достаточно дорогой
Эксплуатация Йенбахеров всегда была недешёвой, так как запчасти можно было приобрести только у дистрибуторов по официальным ценам. Особенно существенными являются затраты на средний и капитальный ремонты (для Jenbacher JMS320 это 40 и 80 тыс. ч наработки соответственно). Причём для проведения капремонта двигатель необходимо было вывозить на завод-изготовитель в Австрию. Как будет осуществиться капремонт ГПУ Jenbacher в условиях санкций, сейчас в нашей стране никто толком не понимает.
Вариант 4 х 1067 кВт для изолированной работы (островной режим)
Предусматривается использование четырёх ГПУ Jenbacher JMS 320: три в работе и одна в резерве. В этом случае мы получаем ещё более длительный срок окупаемости за счёт увеличения капитальных затрат.
Причиной является четвёртая резервная машина. При этом объём выработки электроэнергии электростанций почти не увеличивается, а капзатраты вырастают до 290 млн. руб. с НДС, т.е. на 28,9% выше по сравнению с вариантом 3 х 1067 кВт. В результате срок окупаемости составляет 95 месяцев без учёта теплоутилизации и 90 месяцев с учётом утилизации тепла.
Вариант MWM TCG2020V20 1 х 2000 кВт
Газопоршневая установка MWM TCG2020V20
В этом случае мы получаем гораздо более короткий (менее 3 лет) срок окупаемости проекта, чем на Йенбахерах, за счёт следующих факторов:
1) Затраты на реализацию проекта существенно ниже
Капитальные вложения в электростанцию 1 х 2000 кВт (114,5 млн. руб. с НДС) почти в два раза меньше, чем в ГПЭС 3 х 1067 кВт (225 млн. руб. с НДС):
- одна ГПУ на 2 МВт всегда существенно дешевле, чем три по 1067 кВт:
- указана цена на ГПУ MWM TCG2020V20 с хранения, то есть без заводской гарантии (1 270 000 EUR без НДС);
- если на данном объекте использовать всего одну ГПУ, то отпадает необходимость в РУ 6 кВ электростанции, так как единственный электроагрегат можно подключить напрямую к существующему РУ 6 кВ на ПС 35/6 кВ.
- если использовать одну ГПУ, то не требуется тепловой пункт электростанции, так как одну машину проще встроить в тепловую схему существующей котельной.
2) Несущественное уменьшение объёма выработки электроэнергии
На данном объекте ГПУ мощностью 2000 кВт перекрывает большую часть нагрузок (60% времени нагрузка менее 2000 кВт). Соответственно годовой полезный отпуск электроэнергии ГПЭС 1 х 2000 кВт (около 14 млн. кВт*ч) всего на 15-16% меньше, чем для варианта 3 х 1067 кВт (около 16,5 млн. кВт*ч). И это при том, что вариант 1 х 2000 кВт по капзатратам получается почти в два раза дешевле, чем 3 х 1067 кВт.
3) Меньше стоимость сервиса
Техобслуживание и ремонты одной ГПУ MWM мощностью 2 МВт стоят заметно дешевле, чем трёх Йенбахеров по 1 МВт:
- затраты на сервис MWM всегда были несколько меньше, чем на Jenbacher, так как была возможность закупать запчасти для MWM по неофициальным каналам;
- затраты на сервис одной ГПУ на 2 МВт всегда меньше, чем трёх ГПУ по 1 МВт независимо от марки оборудования;
- капремонт MWM всегда проводится на месте без вывоза двигателя на завод-изготовитель.
4) Меньше персонала
В принципе для варианта 1 х 2000 кВт вообще можно обойтись без постоянного присутствия оператора. Но в расчёт заложены 4 смены операторов по 1 человеку. Обязанности начальника над ними выполняет главный энергетик предприятия.
5) Хорошая загрузка ГПУ
Среднегодовая загрузка ГПУ в варианте 1 х 2000 кВт очень хорошая - почти 84%. При этом ГПУ работает практически непрерывно (8658 ч в году без учёта времени на сервис). 102 часа простоя - это период новогодних праздников, когда нагрузка на объекте падает ниже 40% от номинальной мощности MWM TCG2020V20.
В результате действия всех этих факторов срок окупаемости проекта в варианте 1 х 2000 кВт сокращается до 34 мес. без учёта теплоутилизации и 32 мес. с учётом утилизации тепла. А это очень неплохие показатели по нынешним временам.
5. Выводы и рекомендации
5.1. Режим эксплуатации
Для рассматриваемого объекта оптимальным режимом является параллельная работа электростанции с внешней сетью. При островном режиме потребуется резервный электроагрегат. Затраты на него убьют всю экономику проекта независимо от модели оборудования.
5.2. Стоимость "железа"
Затраты на приобретение ГПУ для данного объекта в любом варианте должны уложиться примерно в 100 млн. руб. с НДС (это только сами машины, а не весь проект "под ключ"). Этого результата можно добиться, если использовать следующее оборудование:
1) Европейские или американские восстановленные б/у газопоршневые установки в вариантах 3 х 1 МВт, 3 х 1,2 МВт, 2 х 1,5 МВт или 1 х 2 МВт.
Например, сейчас в Питере всего за 45 млн. руб. продают сразу три б/у Caterpillar G3516 по 1030 кВт. Это старые добрые Катерпиллары, очень хорошо зарекомендовавшие в России. В их восстановление необходимо вложить ещё порядка 45 млн руб. На выходе получается 90 млн. руб. Но после этого данные машины отработают ещё не менее 64 тыс. часов до следующего капремонта. На рассматриваемом объекте 64 тыс. часов = 9 лет эксплуатации при том, что окупятся эти ГПУ через 3 года максимум.
2) Европейские или американские газопоршневые электроагрегаты без наработки (с хранения). Причём в стоимость до 100 млн. руб. в контейнере, скорее всего, впишется только вариант 1 х 2000 кВт. Ну, может ещё 2 х 1000 кВт и 2 х 1500 кВт.
Предлагаемый Заказчику MWM TCG2020V20 - очень неплохое решение. Это достойная машина, зарекомендовавшая себя в России с положительной стороны. Но конкретный экземпляр перед покупкой должны посмотреть независимые специалисты.
3) Новая китайская ГПУ Jichai мощностью 2000 кВт в российском контейнере и с российской системой теплоутилизации.
У официального российского поставщика такая газопоршневая установка после декабрьской девальвации рубля продаётся примерно за 75 млн. руб. с НДС. Машина очень добротная (на самом деле это чисто европейская разработка для китайской нефтегазовой отрасли). При этом нет никаких проблем с поставкой из Китая как самого оборудования, так и запчастей для него.
Китайская ГПЭС Jichai с двигателем на 1000 об./мин.: добротно, надёжно, солидно
5.3. Запчасти
Что будет дальше с завозом в РФ запчастей для западных газопоршневых установок сейчас не знает никто. Пока оригиналы к нам ещё везут обходными путями. Некоторые детали (но далеко не всю номенклатуру) можно приобретать в Китае и Турции (естественно, это уже не оригиналы). Одно совершенно ясно: все запасные части для европейских и американских ГПУ у нас в стране будут очень сильно дорожать как за счёт усложнения логистики, так и за счёт роста отпускных заводских цен вследствие высокой промышленной инфляции в США и Европе.
Поэтому и есть смысл присмотреться к китайским электростанциям Jichai. С поставкой любых запчастей для них нет никаких проблем, при этом стоимость деталей и узлов примерно на 30% меньше, чем для западных газопоршневых двигателей. В результате эксплуатация Jichai в России будет стоить существенно дешевле, чем любых б/у ГПУ европейских и американских марок.
Заключение
Как вы можете видеть, сейчас у российских потребителей выбор газопоршневых установок крайне невелик:
1) Новые MAN мощностью до 530 кВт от питерских поставщиков.
2) Бывшие в употреблении электроагрегаты Jenbacher, Caterpillar и MWM, а также Guascor.
3) Новые китайские ГПУ Jichai мощностью от 500 кВт до 4 МВт.
При этом ориентироваться на китайские машины Weichai Baudouin (они же КАМАЗ-Baudouin, собираемые в г. Тутаев Ярославской обл.) я настоятельно не рекомендую. По ним пока ещё слишком много вопросов. Не надо проверять на себе. Причины данного предостережения я подробно рассматриваю в материалах, посвящённых выставке Heat & Power 2022 и китайским ГПУ.